CC BY
107
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.67.03+628.16
ТЕХНОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ ПОЛИВНОЙ ВОДЫ ПРИ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ СПОСОБАХ ПОЛИВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
В.В. Якубов, кандидат технических наук, доцент М.П. Мещеряков, кандидат технических наук, доцент
Волгоградский государственный аграрный университет
Предложена эффективная установка для очистки поливной воды в ресурсосберегающих системах орошения с использованием в качестве фильтрационной загрузки природного сорбционного материала на орошаемых землях Волгоградского Заволжья.
Ключевые слова: гидроциклон, сорбент, капельное орошение, загрузка, фильтр.
Одним из видов мелиорации является орошение (ирригация), то есть подвод воды на поля, которые испытывают недостаток влаги в корнеобитаемом слое почвы. Вода дает жизнь для всех живых существ, она регулирует жизненные процессы; без воды в клетках не смогут происходить физиологические и биохимические процессы [8]. Следовательно, от качества воды и ее температуры зависят рост и снабжение питательными веществами растений, всасывающая способность корней, жизнедеятельность микроорганизмов и т.д. Качество оросительной воды определяется степенью наличия в ней взвешенных частиц и водорастворимых солей [7].
В современных условиях Волгоградской области используют для орошения воду из поверхностных и подземных источников, а также из водохранилищ, наполняемых из оросительных каналов, загрязненную ионами тяжелых металлов, токсическими и химическими элементами, фенолами и другими вредными веществами. Существуют пилотные проекты по использованию сточных вод для оросительных систем после комплексной подготовки их на очистных сооружениях [4].
Качество фильтрационной воды имеет важное значение для всех растений, и подбор фильтров должен быть разработан в соответствии с источником воды, который будет использоваться. К поливной воде существует целый ряд важнейших требований. Вот основные из них: норматив химических комплексных соединений в воде, малое содержание солей и минеральных веществ, полное отсутствие токсичных примесей и инородных включений, нейтральная или слабокислая кислотная реакция [6].
В настоящее время проблема фильтрации воды еще недостаточно решена, а существующим оросительным системам требуется большое разнообразие фильтров в зависимости от производительности и качества очистки воды [5].
Поэтому предлагаемая технологическая установка в подготовке оросительной воды позволяет обеспечить качественную работу, особенно, систем капельного орошения с нормативными требованиями к качеству оросительной воды. В связи с этим, наши исследования направлены на совершенствование технологии по подготовке поливной воды высокого качества, соответствующей современным требованиям и необходимостью выбора эффективных фильтрующих и сорбционных материалов.
Экспериментальные исследования проводились в лаборатории «Энергоинформационные исследования свойств жидких сред» Волгоградской ГСХА и на участках капельного орошения крестьянско-фермерского хозяйства ИП
Шалдохина Ю.М. Среднеахтубинского района поселка Верхнепогромный Волгоградской области с 2008 по 2011 гг.
Предлагаемая нами установка очистки поливной воды для систем капельного орошения включает в своем составе осветление с использованием гидроциклона и фильтрование на сорбционной цеолитовой загрузке.
Рисунок 1 - Экспериментальная установка испытания гидроциклона и напорного фильтра с цеолитовой загрузкой
В процессе очистки поливной воды часто возникает проблема отделения более крупных частей от мелких. Чтобы улучшить качество воды, мы используем гидроциклон (рисунок 1), который при помощи воды производит разделение фракций. Поливная вода подается с помощью насоса в цилиндроконический корпус гидроциклона через тангенциальный питающий патрубок, в результате чего под действием центробежных сил происходит разделение. При этом более тяжелая фракция прижимается к стенке корпуса и под действием потока выходит беспрепятственно в сбросной нижний патрубок, более легкая фракция с внутренним потоком через верхний сливной патрубок в виде струйного эжектора поступает в напорный фильтр. Расход воды через гидроциклон регулируется перемещением внутреннего патрубка [3].
Особенностью предлагаемого гидроциклона является то, что можно регулировать гранулометрический состав слива посредством использования сливного патрубка, выполненного в виде струйного эжектора.
Окончательная доочистка поливной воды проходит в фильтре с цеолитовой загрузкой. Необходимо отметить, что качественный состав цеолитсодержащих пород (ЦСП) играет очень важную роль в определении области очистки поливной воды в системах орошения.
Для оценки поливной воды нами проведены лабораторные исследования по выбору марки ЦСП (минеральных адсорбентов) и определены их основные показатели,
выбрана методика лабораторных и полевых исследований и установлены основные параметры адсорбента.
Природный цеолит обладает отличными абсорбционными свойствами, при этом его действие распространяется не только на органические вещества, но и на целый ряд тяжёлых металлов и радионуклидов [3].
Результаты экспериментальных исследований по фильтрованию через цеолит показали его высокую эффективность в качестве фильтрующего материала. При использовании цеолита вместо песка удаётся повысить объём фильтруемой воды в 1,52 раза и грязеёмкость фильтра - на 20-50 %.
Была произведена оценка возможной миграции химических веществ по данным биотестирования на гидробионтах, проводилось согласно МР № ЦОС ПВР 005-95 «Методические рекомендации по применению методов биотестирования для оценки качества воды» и в соответствии с «Методическим руководством по биотестированию воды РД 118-02-90». Результаты исследований отражены в таблице 1 [1, 2].
Таблица 1 - Эффективность очистки поливной воды от токсичных ионов металлов и органических соединений природным цеолитом
Определяемый показатель Содержание в мг/дм3 Эффективность очистки, %
До сорбции После сорбции
Токсичные металлы:
Свинец 10,35 ± 1,05 0,01 ± 0,005 99,9
Кадмий 5,6 ± 0,5 0,006 ± 0,0006 99,9
Цинк 3,3 ± 0,5 0,003 ± 0,0003 99,9
Ртуть 10,1 ± 0,8 0,001 ± 0,00005 99,9
Медь 3,2 ± 0,5 0,003 ± 0,0004 99,9
Кобальт 3,0 ± 0,2 0,003 ± 0,0004 99,9
Хром (III) 2,0 ± 0,2 0,005 ± 0,0005 99,7
Хром (IV) 2,0 ± 0,2 0,005 ± 0,0005 99,7
Органическое загрязнение:
Дизельное топливо 5,0 ± 0,1 0,01 ± 0,005 99,8
Мазут 5,0 ± 0,1 0,01 ± 0,005 99,8
Бенз(а)пирен 0,25 ± 0,05 0,00025 99,9
Фенол 1,0 ± 0,01 0,001 ± 0,0005 99,9
О,м,п-хлорфенолы 1,0 ± 0,01 0,001 ± 0,0005 99,9
2,4-дихлорфенолы 0,5 ± 0,01 0,0005 ± 0,0001 99,9
2,4-динитрофенол 0,5 ± 0,01 0,0005 ± 0,0001 99,9
Диоксины 0,0005 Не обнаружено 99,99
Как видно из таблицы 1, применение природного сорбента - цеолита для очистки поливной воды на основе фильтрующей загрузки эффективно очищает воду от неорганических и органических токсикантов.
Как известно, содержащиеся в природных материалах естественные радионуклиды (уран, цезий, торий и продукты их распада) могут в той или иной мере переходить в водную фазу при их контакте с водой. Для оценки возможной миграции
№ 2(26), 2012
радионуклидов изучено их содержание в твердом материале и в водной вытяжке по показателям суммарной объемной а- и Р-активности.
Определение суммарной а- и Р-активности проводилось методом прямого измерения активности сухих остатков («толстых» препаратов), полученных выпариванием анализируемых проб в сочетании с измерением в тех же условиях стандартных препаратов с известной активностью. Альфа-измерения проводились на радиометре КРК-1 в режиме регистрации альфа-частиц блоком детектирования БДИ-01 (детектор ZnS (Ag) в комбинации с ФЭУ-82). В качестве альфа-активного стандарта в этих измерениях использовался препарат, содержащий уран с удельной активностью 5,6 Бк на 1 г неактивной матрицы (что в весовых единицах составляет 0,22 мг урана на 1 г неактивной матрицы). Бета-измерения проводились на радиометре «Бета» (детектор - торцовый счетчик СБТ-10), в качестве бета-активного стандарта использован измельченный в порошок КС1 марки «х.ч.». Удельная активность КС1 известна и составляет 15 Бк/г.
Таблица 2 - Суммарная объемная а- и Р-активность водных вытяжек ___________природного цеолита для очистки поливной воды_______________
№ п/п Водная вытяжка (образец) а-активность, Бк/г (Бк/л) +15% Р-активность, Бк/г (Бк/л) +10%
1 Природный цеолит 0,2 0,7
2 Водная вытяжка 0,001 0,084
Анализ полученных результатов не выявил наличия радиоактивных компонентов в исследованной водной вытяжке (а-активность - 0,001 Бк/л,
Р-активность - 0,084 Бк/л).
Таким образом, на основании проведенных органолептических, физикохимических и радиологических исследований можно сделать заключение о целесообразности применения данной фильтрационной установки на системах капельного орошения, так как от наличия в поливной воде определенных примесей зависит качество получаемой сельскохозяйственной продукции.
Библиографический список
1. МР № ЦОС ПВР 005-95 «Методические рекомендации по применению методов биотестирования для оценки качества воды».
2. «Методическое руководство по биотестированию воды РД 118-02-90».
3. Овчинников, А.С. Исследование природных сорбирующих мелиорантов при водосберегающем орошении [Текст] / А.С. Овчинников, Е.П. Боровой, М.П. Мещеряков // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. - № 1 (25). - С. 3-7.
4. Овчинников, А.С. Конструктивные особенности систем капельного и внутрипоч-венного орошения [Текст] / А.С. Овчинников, М.П. Мещеряков, В.С. Бочарников // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2007. - № 1 (5). - С. 54-56.
5. Овчинников, А.С. Применение ресурсосберегающих способов полива при возделывании сельскохозяйственных культур [Текст]/ А.С. Овчинников, М.П. Мещеряков // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2007. - № 1 (5). - С. 46-49.
6. Овчинников, А.С. Ресурсосберегающие способы и режим полива сладкого перца [Текст] / А.С. Овчинников, М.П. Мещеряков // Картофель и овощи. - 2008. - № 6. - С. 27-28.
№ 2(26), 2012
7. Овчинников, А.С. Управление поливом на участках капельного и внутрипочвенного орошения [Текст] / А.С. Овчинников, М.П. Мещеряков, В.С. Бочарников / ВНИИ «Радуга». -Коломна: Инлайт, 2G12. - С. 91-9З.
8. Овчинников, А.С. Эффективность применения и конструкции систем внутрипочвенно-го и капельного орошения при возделывании сладкого перца [Текст]/ А.С. Овчинников, М.П. Мещеряков // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. - 2GG7. -№ 1 (5). - С. 74-78.
E-mail: [email protected]
